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高考申論題 113年 [水利工程] 流體力學

第 一 題

📖 題組:
請寫出 MLT(M:質量;L:長度;T:時間)因次系統中以下物理量的因次:(每小題 5 分,共 25 分)
📝 此題為申論題,共 5 小題

小題 (一)

體積 V

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看到本題,首先要辨識出這是基礎的物理量因次轉換。體積是長度的三次方,直接將其轉化為對應的長度因次 L 即可。無須複雜計算,只需確保基本觀念正確無誤。

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【考點分析】 本題測驗流體力學中最基礎的因次分析(Dimensional Analysis),主要考驗考生對於MLT(質量、長度、時間)因次系統中基本物理量定義的熟悉程度。 【理論/法規依據】

小題 (二)

加速度 a

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加速度的定義是「速度隨時間的變化率」,而速度是「位移隨時間的變化率」。因此需要從長度 L 和時間 T 的關係來推導。步驟是:位移(L) -> 速度(L/T) -> 加速度(L/T^2)。

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【考點分析】 測驗運動學中基本物理量的因次組成,考點在於速度與加速度的相對關係及時間因次的次方表示。 【理論/法規依據】

小題 (三)

動量 P(momentum)

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動量是動力學基本概念,定義為「質量乘以速度」。辨識出公式 P = m * v 後,分別帶入質量(M)和速度(L/T)的因次即可得解。

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【考點分析】 測驗動力學基本定律之因次分析。動量涉及質量(M)與運動狀態(速度)的結合。 【理論/法規依據】

小題 (四)

功 W(work)

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功的定義為「力與位移的內積」(W = F * d)。這題的思考順序是:先求出力(F = m*a)的因次,再乘上位移(L)的因次。力是流體力學和固體力學的核心因次,必須熟記。

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【考點分析】 測驗能量/功的因次推導。功與能量在因次上是等價的,需透過力學定義來推導出正確的 MLT 組合。 【理論/法規依據】

小題 (五)

剪力τ(shear stress)

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剪力(應指剪應力,Shear Stress)的定義為「單位面積所受的剪力」(τ = F/A)。要先得出力的因次(MLT^-2),再除以面積(L^2)的因次。

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【考點分析】 測驗應力(Stress)或壓力(Pressure)的因次分析。流體力學中黏滯定律 $\tau = \mu \frac{du}{dy}$ 經常出現剪應力,其本質是單位面積的作用力。 【理論/法規依據】

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